JPH05247448A - ゾルゲルアルミナ質砥粒とシリコンカーバイドの混合物を含むビトリファイド研削砥石 - Google Patents

ゾルゲルアルミナ質砥粒とシリコンカーバイドの混合物を含むビトリファイド研削砥石

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JPH05247448A
JPH05247448A JP3051885A JP5188591A JPH05247448A JP H05247448 A JPH05247448 A JP H05247448A JP 3051885 A JP3051885 A JP 3051885A JP 5188591 A JP5188591 A JP 5188591A JP H05247448 A JPH05247448 A JP H05247448A
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    • C03C2214/00—Nature of the non-vitreous component
    • C03C2214/04—Particles; Flakes

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【構成】焼結したゾルゲルアルミナ質砥粒を体積部で約
10から約90％とそれに対応してシリコンカーバイド粒を
体積部で約90から約10％との混合物から本質的に成る砥
粒と、無機ガラス状結合剤とから成るビトリファイド研
摩材。 【効果】この研削砥石は、特にステンレススチールを研
削する性能において、いずれの砥粒成分を単独で用いる
ものよりも驚くべきことにはるかに優れている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はビトリファイド研削砥
石に関する、より詳細には、焼結したアルミナ質砥粒と
非焼結の砥粒との混合物を含むビトリファイド研削砥石
に関する。
【０００２】
【従来の技術】商業上用いられる大多数のガラス結合研
削砥石の砥粒部分は、溶融酸化アルミニウムまたはシリ
コンカーバイドから成る。研削分野の当業者は、研削す
る目的物がチタン、超合金、低張力鉄合金、または石、
セラミック、ガラスのような非金属である場合、好まし
い砥粒としてシリコンカーバイドを選択する。同様に、
当業者は鋼を研削する場合、それが硬鋼であっても軟鋼
であっても、溶融酸化アルミニウムを選択する。
【０００３】研削砥石及びその他の研削製品の生産にお
いて、シリコンカーバイド砥粒と溶融酸化アルミニウム
砥粒との混合物を使用することは、当該分野において知
られており、これらの生産物は、それぞれの砥粒を単一
に用いたときに示す特性の中間の特性を示す。このよう
な混合砥粒型砥石は、一つの砥石で多様な材料を研削し
なければならず且つある一つの材料に対し最適である必
要が無い場合に用いられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、砥粒部分が
シリコンカーバイド粒と焼結したゾルゲルアルミナ粒と
から成るガラス結合性の混合研削材を提供する。本発明
の混合研削材は、ある種の研削困難な金属を研削する場
合に、その成分の砥粒のどちらかを単独に用いた場合に
得られる結果をはるかに上回る実質的で予期できない利
益を提供する。
【０００５】本発明は、通常アルミナ砥石は適さないと
考えられるものを含む幅広い範囲の応用に用いるのによ
く適する、ゾルゲルアルミナにもとづくガラス結合性研
削砥石を提供する。さらに本発明は、焼結したゾルゲル
アルミナ質砥粒とガラス性結合剤とから成り、常識では
全く予期できない優れた研削性能を示す研削材を提供す
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段、作用及び発明の効果】本
発明は以下の発見に帰属する。すなわち、ある優れた焼
結ゾルゲルアルミナ質砥粒とシリコンカーバイドをある
比率でビトリファイド結合により混合すると、その生成
物は、砥粒がすべて焼結ゾルゲルアルミナ質砥粒から成
る砥石に劣らず、また実際にある場合では、その生成物
は、焼結ゾルゲルアルミナ質砥粒を100 ％含む製品より
も優れた研削特性を実際に持つというものである。新規
の有用な研削砥石は、焼結ゾルゲルアルミナ質砥粒の体
積部（百分率）で10から90％、より好ましくは、30から
70％をシリコンカーバイドで置き換えることにより生成
する。
【０００７】本発明は、ある焼結したゾルゲルアルミナ
質砥粒とシリコンカーバイドをある比率で混合したもの
を含むビトリファイド研削砥石に関する。現在、焼結し
たアルミナ質砥粒には、焼結したボーキサイト系の砥粒
及び共焼結したアルミナージルコニアを含み、数種類存
在する。ゾルゲルアルミナ質研削砥粒は、例えば、米国
特許第 4314827号に教示されている。しかしながら、本
発明において非常に便利に用いられる砥粒は、米国特許
第 4623364号により教示されているより新しいゾルゲル
型のアルミナの砥粒である。この砥粒は以下のように作
製される。すなわち、サブミクロンの大きさの水和した
アルミナ粒と有効量のサブミクロンの種結晶とを含む水
性ゲルを調製し、そのゲルを乾燥し、その乾燥ゲルを望
まれる大きさに破砕し、そしてその末焼成の粒を約1100
℃から1500℃の間で焼くことによる。また代わりに、そ
のゲルをフィラメント状に押し出し、乾燥し、望みの大
きさに破砕し、そして焼くことにより、ほぼ一定の横断
面を持ち、アスペクト比が１より大きい微結晶性の砥粒
を形成させることもできる。その結果生成する砥粒は、
各砥粒が多数のサブミクロンサイズのアルファアルミナ
結晶から成り、そして少なくとも16、より好ましくは18
GPa の硬度を持つようなものとなる。このような砥粒は
通常「種成長したゲル砥粒」として参照される。種物質
は、酸化第２鉄のような他のいかなる物質でも、または
周知の結晶成長原理に従う反応条件下ではアルファアル
ミナとほぼ同構造を持つ他のいかなる物質でもよい。
【０００８】砥粒混合物のシリコンカーバイド成分は、
例えば、ノートン社製のクリストロン(Crystolon) とし
て入手可能な砥粒であることができる。その砥粒は緑色
または黒色のシリコンカーバイド種のいずれでもよい。
両方の砥粒成分の粒径は、好ましくは約20から約240 メ
ッシュ、例えば約30から約160 であり、最も便利には約
40から約120 のメッシュである。その２つの砥粒は各々
砥石の全体積の体積部で約10％から約40％を占めるであ
ろう。砥石自体はたいてい体積部で約30％から約56％の
混合した砥粒と、体積部で約2.５％から約50％のビトリ
ファイド結合剤と、及び体積部で約５％から約65％の気
孔とから成るが、特殊な用途において望まれる場合に
は、これらの範囲以外の混合比率を用いることはでき
る。
【０００９】米国特許第 4543107号に指摘されるよう
に、焼結したゾルゲルアルミナ質砥粒は、非焼結型と異
なり、高温において無機ガラス状結合剤によって損傷を
受け易い。それゆえ、本発明に用いられる結合剤は好ま
しくは1220℃以下の、さらにより好ましくは1100℃以下
の温度で熟成するように配合されるべきである。砥石の
ビトリファイドまたは無機ガラス状結合剤になる通常の
無機物質に加えて、その結合剤はムライト、カヤナイ
ト、バブルアルミナなどのような有益な充填材を含むこ
ともできる。
【００１０】
【実施例】ここでは、議論とデータが研削砥石に向けら
れているが、シャープニングストーンやセグメントなど
のような研削材も本発明の範囲に含まれると考えるべき
である。
【００１１】例１ 本発明の砥粒混合物の優れた特性を説明するため、一連
の研削試験を行った。各場合とも砥粒を、ボールクレー
を30％と、ガラスフリット（40から65重量％のシリカを
含む）を70％とから成る結合剤により結合した。これ
は、砥粒を1100℃以下の使用温度にまで加熱したとき
に、この砥粒に対し有害な影響を与えることはなかっ
た。その混合物を用い厚さ0.64cm、12.7cm径の砥石を作
製した。焼いた後の各砥石は、全砥粒を48体積％含ん
だ。
【００１２】以下の例において用いた焼結ゾルゲルアル
ミナ質砥粒は、粒度60及び18GPa 以上の硬度を持つノー
トン社製の種成長ゾルゲル砥粒であった。また使用され
た緑色または黒色シリコンカーバイドも粒度60のもので
あった。各場合において結合剤の量は、砥石の全体積の
11.55 体積％を占めた。
【００１３】砥石を、油冷プランジ研削リグ中、４つの
異なる金属片すなわちチタン6AL-4V、ステンレススチー
ル 440C 、ステンレススチール 302、及びチタン金属に
関して試験した。砥石回転数は4970 rpm、テーブル速度
は15.4ｍ／min とした。４つの金属に関する結果を以下
の表に示す。
【００１４】
【表１】
【００１５】
【表２】
【００１６】
【表３】
【００１７】
【表４】
【００１８】上記データより以下のことがはっきりとわ
かる。すなわち、混合物の研削比は、予期されるよう
に、一般にその成分砥粒を単独で用いたときの極点値の
中間になるか、またはそうでないときにはプレミアムＳ
Ｇ砥粒の値に非常に近いものになるが、その研削比を達
成するための対応する動力は、いずれの成分砥粒を単独
で用いたときの値と比較しても非常に低いものとなる。
【００１９】このことは、その成分砥粒の周知の作用に
基づいて考えると、予期できないであろう結果である。
効率的な研削運転を行うためには、長期間鋭さを保ち、
所望の研削を達成するのにできるだけ低い動力で済む砥
石を使うことが重要である。本発明の砥粒混合物が、特
にステンレススチールを研削することに関して、上記の
要望を満たすことをデータは明確に示している。
【００２０】先に詳説した有益な結果は、それが通常研
削される金属に対し有害な効果を持つと予想される砥粒
を含有することにより得られるという事実から見て、非
常に驚くものである。実際にSiC 砥粒砥石のデータは、
それのステンレススチールに対する性能は低く、またア
ルミナ質砥石のチタン合金に対する性能も同様に比較的
劣ることを示す。しかし、その混合物の性能はこれらの
金属の全てに対して優れる。
【００２１】例２ 水溶性オイルの冷媒を用いて砥石を試験した以外、例１
の方法を繰り返した。結果を以下の表５から表７に報告
する。表中に見られるように、結果のパターンは例１に
見られるものとほとんど類似している。
【００２２】
【表５】
【００２３】
【表６】
【００２４】
【表７】
【００２５】例３ この例では、チタン合金（6AC-4V) とチタン金属につい
て、前例中に上述した方法により評価した。結果を以下
の表８，９、及び10に示す。
【００２６】
【表８】
【００２７】
【表９】
【００２８】
【表10】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チャールズ ブイ．リュー アメリカ合衆国，マサチューセッツ 01366，ピーターズハム，ザ コモン（番 地なし)

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 焼結したゾルゲルアルミナ質砥粒を体積
    部で約10から約90％とそれに対応してシリコンカーバイ
    ド粒を体積部で約90から約10％との混合物から本質的に
    成る砥粒と、無機ガラス状結合剤とから成るビトリファ
    イド研摩材。
  2. 【請求項２】 前記研摩材の体積部で30％から56％を前
    記砥粒が、2.5 ％から56％を前記ガラス状結合剤が、そ
    して５％から65％を気孔が占める、請求項１に記載のビ
    トリファイド研摩材。
  3. 【請求項３】 前記砥粒が、前記研摩材の体積部で約１
    ％から55％の焼結したゾルゲルアルミナ質砥粒と前記研
    摩材の体積部で１％から55％の前記シリコンカーバイド
    とから成る、請求項１に記載のビトリファイド研摩材。
  4. 【請求項４】 前記無機ガラス状結合剤が、1200℃以下
    の温度において熟成された、請求項１に記載のビトリフ
    ァイド研摩材。
  5. 【請求項５】 各焼結ゾルゲルアルミナ質砥粒が、サブ
    ミクロンの大きさのアルファアルミナ結晶から成り、少
    なくとも16GPa の硬度を持つ、請求項１に記載のビトリ
    ファイド研摩材。
  6. 【請求項６】 各焼結ゾルゲルアルミナ質砥粒が、サブ
    ミクロンの大きさのアルファアルミナ結晶から成り、少
    なくとも18GPa の硬度を持ち、そしてシリコンカーバイ
    ド粒が20から240 メッシュの粒度である、請求項１に記
    載のビトリファイド研摩材。
  7. 【請求項７】 焼結ゾルゲルアルミナ質砥粒が実質的に
    カルシウムイオン及びアルカリ金属イオンを含まず、前
    記の焼結ゾルゲルアルミナ質砥粒の焼いた固体物に対し
    体積部で、以下の成分： （Ａ）少なくとも10％のジルコニア、ハフニア、または
    ジルコニアとハフニアとの混合物、 （Ｂ）アルミナと、コバルト、ニッケル、亜鉛、または
    マグネシウムから選択される金属の酸化物のうちの少な
    くとも一つとから導かれたスピネルを、少なくとも１
    ％、または （Ｃ）１−45％の前記ジルコニア、ハフニア、またはジ
    ルコニアとハフニアとの混合物と、少なくとも１％の前
    記スピネルから選択される改質成分より成る微結晶の２
    次相をアルファアルミナより成る主要な連続アルミナ相
    中に含む、ほぼ均一な微結晶構造を持つ、請求項１に記
    載のビトリファイド研摩材。
  8. 【請求項８】 ムライト、カヤナイト、及びその混合物
    より成る群から選択される充填材を含む、請求項１に記
    載のビトリファイド研摩材。
  9. 【請求項９】 種成長したゾルゲルアルミナ質砥粒を約
    70から約30％とそれに対応してシリコンカーバイド粒を
    約30から約70％との混合物から本質的に成る砥粒と、無
    機ガラス状結合剤とから成るビトリファイド研摩材。
  10. 【請求項10】 各研摩材成分の粒度が24から240 メッシ
    ュである、請求項９に記載のビトリファイド研摩材。
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